7. Каналы
Каналы - это гидротехнические сооружения, выполненные в земле или наевши в виде открытого водовода, для транспортиров ки водных масс потребителям или использования для целей судо ходства.
По своему назначению каналы подразделяются на энергети ческие, судоходные, оросительные или осушительные, водоснаб женческие и комбинированные.
В зависимости от назначения каналов к ним предъявля ют требования по конструктивному исполнению и режиму работы.
Так, судоходным каналам придается форма и поперечное сечение, обеспечивающие безопасное движение судов и сохран ность откосов канала от волнового воздействия; энергетичес ким каналам придается минимальный уклон с целью уменьше ния потерь энергии потока; для каналов, предназначенных для транзита воды потребителям, обязательным условием являет ся их бесперебойная работа в течение года.
7.1. Поперечные сечения каналов, форма и размеры
Форма и сечение каналов выбираются в зависимости от гео логических условий территорий, по которым прокладывается канал.
Если канал проходит через скальные нерастворимые поро ды, то его сечение принимают в виде прямоугольников или квад ратов, если грунты основания канала состоят из суглинистых, глинистых или песчаных образований, то сечение принимают трапецеидальное.
Для заданного типа каналов принято считать гидравли чески наиболее выгодным то сечение, при котором для за данной глубины потока смоченный периметр будет наимень шим (рис. 212).
Гидравлически наиболее выгодное сечение, как правило, бы вает и наиболее экономически выгодным.
Рис. 212. Схема поперечного сечения канала где: Вк - ширина канала по верху; Ък- ширина канала по низу; hKглубина канала; т - заложение откосов канала; & - угол наклона плоскости откоса канала к горизонту
Выбор величины заложения откосов производится из условий их устойчивости к оползневым явлениям и зависит от высоты от коса, типа грунта и может колебаться от 3,5° для пылеватых грун тов и до 0,1° для невыветривающихся скальных пород.
При заданном расходе воды по каналу площадь его живого се чения зависит от расчетной скорости течения водотока. При этом скорость в водотоке не должна быть такой, при которой происхо дит выпадение взвешенных в воде частиц (скорость заиления), и не превышать скоростей, при которых происходит размыв грун тов, слагающих сечение канала (скорость размыва).
Особое внимание уделяется расчету скорости течения в каналах, используемых для судоходства, в которых расчетная скорость не должна превышать 0,1 м/с, но в то же время должна удовлетворять требованиям по заилению и размыву сечения канала.
При проектировании каналов в обязательном порядке вы полняется расчет на фильтрацию воды через дно и откосы жи вого сечения канала. В случае если фильтрация будет больше установленного значения, на конкретных участках канала предусматривается выполнение противофильтрационных ме роприятий.
Для предохранения откосов и дна канала от механического разру шения и размыва, уменьшения потерь на фильтрацию, для уменьше ния шероховатости и увеличения пропускной способности выполня ют их облицовку в одежды, состоящие из различных материалов.
В настоящее время могут применяться следующие одежды каналов: каменная наброска (рис. 213): каменная мостовая (рис. 214); каменное мощение (рис. 215) и бетонные, железобетонные облицовки (рис. 216), а также торкретирование и укладка асфальтобетонной одежды.
з
Рис. 213. Схема крепления откосов канала из каменной наброски: 1 - слой мятой глины; 2 - защитный слой из песчано-гравелистого материала; 3 - ка менная наброска из бутового камня
Рис. 214. Схема крепления откосов канала каменноймостовойнамху: а- без подготовки из мха; б - на подготовке из мха; 1 - легкие глинистые грунта; 2 -упорный блок из штучного камня диаметром 0,35-0,45 м; 3 - подготовка из песчано-гравелистого грунта
Рис. 215. Схема крепления откосов каналов «мощение нарастворе»: 1 - зона заделки трещин исколов в основаниираствором; 2 -мощение откоса камнем на цементном растворе; 3 - зона подготовки из щебеночного материала
Рис. 216. Схема крепления откосов бетонной облицовкой канала при ширине по дну 12,5 м: гравийная постель принимается толщиной 0,1-0,15 м; железобе тонная облицовка 0,12-0,15 м; боковая крышкР-вътуск для снятия давления
грунтовых вод на бетонную облицовку
При устройстве бетонной облицовки выполняются темпе ратурно-осадочные швы шагом 2-5 м, конструкции сопрягаю щих шпонок могут быть выполнены иЗ различных материалов (рис. 217).
2.5см 2Sue
|
|
в |
Раствор |
|
Арматура |
s вмазка |
/(клинеоШимо) |
|
1-*ЯV :«/<оУ.У*I |
&жш£т ШШщтд |
|
Асфальт |
д |
^Щ Щ т ум |
|
|
е |
Штукатурка,
Стальная пластина
SO*6мм
Обмазкабитумам
Рис. 217. Схема конструкции температурно-осадочных швов бетонной об лицовки каналов: а-в - с наличием деревянной шпонкиразличной конструкции; г - из асфальта с заполнением верхней части шва цементным раствором; д-е - битумно-обмазочная конструкция шва; ж - шов со стальной пластинкой, покры той битумом; з - шов с медной пластинкой и асфальтовым заполнением
Основные требования к выбору трассы канала - минималь ный объем и стоимость работ в период строительства и эксп луатации для обеспечения пропуска заданного расхода, принятых и допускаемых скоростей течения и других показателей.
Как правило, каналы выполняются в выемках, реже - в полу- выемках-полунасыпях, при этом следует избегать прокладывать трассу по крутым склонам и склонам, имеющим оползневые яв ления, в зонах с наличием плывунов и по сильно водопроницае мым, просадочным и растворимым горным породам.
Пересеченный рельеф местности, геологическая характерис тика грунтов основания канала заставляют отклонять трассу от прямолинейного характера и даже требуют замены типового тра пецеидального профиля на отдельных участках на тоннели, лот ки, дюкеры или акведуки (мостовые переходы).
При выборе трассы канала необходимо максимально избегать поворотов трассы, так как это ухудшает гидравлические параметры потока и приводит к дополнительным затратам при егоэксплуатации.
Акведуки могут быть двух видов в зависимости от назначе ния: первый вид - когда канал проходит над водотоком, суходо лом, дорогой и т.д., второй вид - когда канал проходит под суще ствующим сооружением или рельефом местности.
Как правило, эти гидротехнические сооружения выполняются из металла, бетона, железобетона, каменной или кирпичной клад ки, реже деревянные.
По характеру работы лотка акведуки разделяются на два типа: с лотками, расположенными на мостовых опорах и не уча ствующих в работе мостовых несущих конструкций, тип I (рис. 218, а, б, ж, з) и с лотками, стенки и днища которых яв ляются несущими конструкциями мостовых пролетов акведу ков, тип II (рис. 218, в, г).
Акведуки второго типа более экономичны при определенных параметрах сооружения.
Каждый акведук - мост-водовод имеет сопрягающие уст ройства при переходе потока из сечения канала в сечение лот ка (рис. 219).
Рис. 219. Схема сопрягающей конструкции перехода сечения канала в сече ние моста-водовода: а - сопрягающие противофилътрационные стенки: б -
входной противофилътрационный зуб
Для производства ремонтных работ на лотке акведука мо гут устанавливаться специальные пазы для установки плоских затворов.
Для придания герметичности стыкам лотков, укладываемым на акведук, применяют различного типа уплотняющие конст рукции (рис. 220).
/
Рис. 220. Схемы типов уп лотняющих швов лотков акве дуков: а - 1 - металлический лист (один конец покрыт мас лом, парафином, мылом); б - 2 - металлический лист с де формационным изгибом (вы гибом) для компенсации: 3 - битумная подуш ка;в-4 -м е таллические пластинки с овальными отверстиями для болтов; г - 5 - прорезиненное полот но;д-6- прорезиненная трубка диаметром 5-7 мм, с отверстиями для заполнения водой из лотка водовода; е - 7 - битумная мастика при стыковке лотков в «чет
верть»
Дюкеры представляют собой напорные водоводы, устраи ваемые на каналах или водоводах для пересечения ими дорог, водных преград суходолами, селевыми руслами, дорогами в случаях, когда выполнить акведук не представляется возмож ным (рис. 221).
Вряде случаев применение дюкеров более целесообразно
иэкономически выгодно, чем создание других сооружений, обеспечивающих транзит водных масс.
Выделяется тип дюкеров, засыпаемых защитным слоем под пересекаемым суходолом, дорогой, водотоком (рекой) и не за сыпаемых на всем протяжении, а прокладываемых по откосам, дну глубоких и широких долин в соответствующих климати ческих условиях.
Рис. 221. Принципиальные схемы дюкеров: 1 - канал; 2 - сороудерживающая решетка; 3 - крышка шахтного водосброса; 4 - грязевик; 5 - пазы для ремонтных затворов; 6 - подстилающий слой из тощего бетона; 7 - труба дюкера (стальная, железобетонная, деревянная); 8 - стальная труба; 9 -
защитный слой грунта
В нашей стране нашли применение сборные железобе тонные дюкеры, как наиболее экономичные и рентабельные, элементы которых изготовляются в промышленных услови ях (рис. 222).
Рис. 222. Принципиальная схема дюкера из сборных железобетонных блоков: 1 - блок № 1; 2 - блок № 2; 3 - подстилающий слой гравия до 0,2 м; 4 - слой
тощего бетона до 0,15 м
Трубы под насыпями выполняют в тех случаях, когда канал проходит в насыпи и под ним необходимо пропустить водоток с незначительным расходом (рис. 223).
Для пропуска селевых паводков трубы под насыпями не при меняют из-за возможности их тампонирования селевым потоком.
Трубы под насыпями широко используются в транспортном стро ительстве для пропуска незначительных водотоков под автомагист ралями и железными дорогами, расположенными на насыпях.
Рис. 223. Принципиальная схемаук ладки водопропускных труб под насы пями: а - безнапорная; б - полунапор-
ная; в - напорная
Сечение водопропускных труб может быть круглое, квадратное, переменное; мате риал труб - бетон, железобе тон, реже - металл или деревоконструкции (рис. 224).
ПоI /
Рис. 224. Принципиальная схема сечения водопропускных труб: а - круглого сечения иразрез 1-1 с фрагментами; 1 - бетон марки по расчету; 2 - защитный слой 2,5 мм; 3 - верхняя спиральная арматура; 4 - нижняя спиральная арматура; 5 - распределительная арматура; 6 - хомуты, фиксирующие арматуру; б - пере менного сечения иразрез по 1-1; 1 - верхняя арматура несущих стенок; 2 - нижняя арматура несущих стенок; 3 - распределительная арматура стенок, 4 - арматура днища трубы; в - квадратного сечения; г - двухочковая труба сложного сечения
В гидростроительной практике довольно часто применяют тру бы прямоугольного сечения, фундаменты которых выполняются на нескальном основании и закладываются ниже возможной зоны промерзания (рис. 225).
в |
г |
Рис. 225. Принципиальная схема прямоугольной трубы на нескальном осно вании: а - план трубы; б - продольныйразрез по оси трубы; в - с верхнего бьефа на входной оголовок; г - поперечный разрез трубы по поперечной оси
Значительное влияние на пропускную способность водопропуск ных труб имеет правильно выбранный тип входного и выходного оголовка трубы водопропускной трубы. В настоящее время при меняют оголовки портального и раструбного типа, как наиболее экономически выгодные и имеющие хорошие гидравлические
характеристики (рис. 226).
Рис. 226. Принципиальные схемы входных оголовков водопропускных труб: а - прямоточный; б - воротниковый; в - портальный; г -раструбный с прямы ми ныряющими стенками; д - раструбный с криволинейными ныряющими стенка ми; е - раструбный с неныряющими стенками; ж - коридорного типа; з - оголовок с повышенным звеном на входе
Особое внимание следует уделять выходным оголовкам и мак симально устранять возможность появления зоны размыва насы пи со стороны нижнего бьефа.